Einführung: Wir verwenden viele Drucksensoren, und wir stellen oft fest, dass Drucksensoren nach einer gewissen Nutzungsdauer abdriften. Was führt dazu, dass der Drucksensor driftet?? Wie können wir die Drift des Drucksensors während des Designs beseitigen??
Ursachen für Sensordrift
Unter Sensordrift versteht man das Phänomen, dass sich der Ausgangswert des Sensors im Laufe der Zeit ändert. Diese Drift kann zu ungenauen Sensormessergebnissen führen, Dies wirkt sich negativ auf die Zuverlässigkeit und Stabilität im praktischen Einsatz aus. Es gibt viele Gründe für eine Sensordrift, die im Folgenden einzeln vorgestellt werden.
Temperaturänderung: Temperaturänderungen sind eine der häufigsten Ursachen für Sensordrift. Temperaturänderungen können zu einer Ausdehnung und Kontraktion des Materials im Inneren des Sensorelements führen, Dies wiederum beeinflusst die mechanische Struktur und die elektrischen Eigenschaften des Sensors, wodurch der Ausgabewert driftet. Zum Beispiel, Ein Temperaturanstieg erhöht den Widerstandswert eines Widerstandssensors, was zu einem höheren Ausgabewert führt.
Änderungen der Stromversorgung: Der Ausgangswert des Sensors wird durch die Versorgungsspannung beeinflusst. Wenn sich die Versorgungsspannung ändert, Der Ausgangswert des Sensors ändert sich ebenfalls. Dies liegt daran, dass Änderungen der Versorgungsspannung dazu führen, dass sich der Betriebszustand des internen Schaltkreises des Sensors ändert, was sich wiederum auf die Amplitude und Stabilität des Ausgangssignals auswirkt.
Langfristige Nutzung: Auch die Langzeitnutzung ist eine wichtige Ursache für Sensordrift. Während des Gebrauchs, Der Sensor kann durch mechanische Einflüsse beeinträchtigt werden, chemische oder thermische Ausdehnungs- und Kontraktionsfaktoren, was zu Veränderungen in seiner inneren Struktur führt, was wiederum zu einer Drift des Ausgabewerts führt. Zusätzlich, Der Sensor kann auch durch äußere Umweltfaktoren wie Vibrationen und Stöße beeinträchtigt werden, was das Driftphänomen noch verstärkt.
Sensoralterung: Im Laufe der Zeit, Die Leistung des Sensors kann allmählich nachlassen und es kann zu Drift kommen. Dies liegt daran, dass die Materialien und Komponenten im Inneren des Sensors mit zunehmender Nutzungsdauer altern, wodurch sich seine physikalischen Eigenschaften ändern. Zum Beispiel, Der Elektrolyt im Sensor wird nach und nach abfließen, Dadurch nimmt die Empfindlichkeit und Stabilität ab, was wiederum zu einer Drift des Ausgabewerts führt.
Umwelteinfluss: Die Drift des Sensors kann auch durch Umgebungsfaktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel, Veränderungen von Umweltfaktoren wie dem Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, und Licht können zu einer Abweichung des Sensorausgangswerts führen. Denn veränderte Umgebungsfaktoren verändern die Interaktion zwischen Sensor und Messobjekt, Dadurch wird die Messgenauigkeit und Stabilität des Sensors beeinträchtigt.
In den Anfängen der Entwicklung von Drucksensoren, Glaspulver wurde verwendet, um den diffundierten Siliziumchip und die Metallbasis abzudichten. Der Nachteil bestand darin, dass rund um den Druckchip eine große Spannung herrschte, und auch nach dem Glühen, Der Stress konnte nicht vollständig beseitigt werden. Wenn sich die Temperatur ändert, aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall, Glas- und diffuse Siliziumchips, Es entsteht thermischer Stress, Dadurch verschiebt sich der Nullpunkt des Sensors. Aus diesem Grund ist die thermische Nullpunktdrift des Sensors viel größer als die thermische Nullpunktdrift des Chips. Wenn Silberpaste und Anschlussschweißen nicht ordnungsgemäß gehandhabt werden, es kann leicht zu einem instabilen Kontaktwiderstand kommen. Vor allem, wenn sich die Temperatur ändert, Es ist wahrscheinlicher, dass sich der Kontaktwiderstand ändert. Diese Faktoren sind die Ursache für die große Nullpunktdrift und Temperaturdrift des Sensors.
Halbleitertheoretische Analyse der Ursache der thermischen Nullpunktdrift: Nur wenn die Dotierungskonzentration und der Widerstandswert des Widerstands konsistent sind, kann die Nullpunkt-Ausgangsspannung der Brücke klein sein und auch die thermische Nullpunktdrift ist klein, Dies ist sehr vorteilhaft für die Verbesserung der Leistung des Sensors. Jedoch, Es ist nicht einfach, während der Diffusion eine gleichmäßige Dotierungsverteilung zu erreichen, Daher müssen die Varistorstreifen so nah wie möglich und so kurz wie möglich sein.
Schaltungsanalyse der Ursache der thermischen Nullpunktdrift: Ideal, Die Widerstandswerte der vier diffusen Widerstände, aus denen die Wheatstone-Brücke besteht, sollten gleich sein. Die Drift der Nullpunkttemperatur wird durch die Änderung des diffundierten Widerstandswerts mit der Temperatur verursacht. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs, Der Widerstandswert steigt mit steigender Temperatur, das heißt, der Temperaturkoeffizient R des diffundierten Widerstands ist positiv.
Lösungen für Sensordriftprobleme
Gesamt, Die Nullpunktdriftkompensation von Drucksensoren kann in zwei Richtungen unterteilt werden: Hardware-Kompensation und Software-Kompensation.
Hardware-Nullkompensationsmethode: Geeignete Konstantwiderstandsmethode in Reihe und parallel am Brückenarm: Kompensationsmethode für Brückenarm-Thermistoren, Kompensationsmethode für externe serielle und parallele Thermistoren überbrücken, Dual-Bridge-Kompensationstechnologie, Transistorkompensationstechnologie, usw.
Optimieren Sie das Schaltungsdesign: Durch ein vernünftiges Schaltungsdesign können die Auswirkungen der Sensordrift verringert werden. Zum Beispiel, Durch den Einsatz einer Temperaturkompensationsschaltung können die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf die Sensorausgangswerte korrigiert und die Messgenauigkeit und -stabilität verbessert werden. Zusätzlich, Schaltungsentwurfsmethoden wie Filterung und Verstärkung können auch verwendet werden, um die Auswirkungen von Änderungen der Stromversorgung und Umgebungseinflüssen auf Sensoren zu eliminieren.
Software-Kompensations-Nulldrift-Methode: Im Signalerfassungsprozess, von dem Zeitpunkt, zu dem das Triggersignal nicht auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Erfassung ausgelöst wird, und nach Abschluss der Erfassung, Das Eingangssignal ist Null und das Ausgangssignal ist nicht Null. Diese gesammelten Ausgabedaten liegen in Form von Zufallsrauschen vor, was für die Datenberechnung und -verarbeitung bedeutungslos ist. Den in diesem Zeitraum gesammelten Signalwert definieren wir als Nulldrift.
Die verwendeten Softwaremethoden sind:
Spezifikationsmethode für die Polynomanpassung. Da in tatsächlicher Messung, die Temperatur, Druck und andere vom Drucksensor gemessene physikalische Größen haben keinen streng linearen Zusammenhang mit dem Ausgangswert, Der funktionale Zusammenhang liegt häufig in Form eines Polynoms vor. Polynome können zur Anpassung nichtlinearer Signale verwendet werden, und der Schlüssel liegt darin, ihre Koeffizienten zu lösen.
RBF-Methode für neuronale Netzwerke. Grundprinzip: Normalerweise ist die Formelmethode im Softwarealgorithmus zur Nullpunkttemperaturkompensation relativ komplex, und die Passgenauigkeit ist oft eingeschränkt. Die Methode des künstlichen neuronalen Netzwerks bietet den Vorteil einer geringen Anzahl von Proben, ein einfacher Algorithmus, die Fähigkeit, beliebige Funktionen anzunähern, und gute Bewerbungsaussichten.
Zusätzlich, Die Softwaremethode umfasst auch eine Tabellensuchmethode, Interpolationsmethode, usw.
Um die Auswirkungen der Drift zu reduzieren, Folgende Maßnahmen können ergriffen werden:
Stabilisieren Sie die Temperatur: Halten Sie den Sensor so weit wie möglich in einem konstanten Temperaturzustand, um die Auswirkungen von Temperaturschwankungen zu vermeiden.
Nutzen Sie Temperaturausgleichsmaßnahmen: Fügen Sie einen Temperatursensor in den Sensor ein, um eine Korrekturkompensation durch Erfassen von Temperaturänderungen durchzuführen.
Wählen Sie eine geeignete Untergrundklebemethode: Durch eine geeignete Untergrundverklebung können die Auswirkungen mechanischer Belastungen reduziert werden.
Wählen Sie einen unabhängigen Verstärker: Verwenden Sie einen unabhängigen Verstärker, um das Signal zu verstärken, die nicht durch andere externe Faktoren beeinflusst wird und Driftprobleme reduzieren kann.
Verwenden Sie die automatische Kalibrierungstechnologie: Durch automatische Kalibrierung, Der Sensor kann bei unterschiedlichen Temperaturen einen stabilen Ausgang aufrechterhalten, feuchtigkeit und andere umgebungen.
Wählen Sie einen hochpräzisen Sensor: Die Drift eines hochpräzisen Sensors ist gering, was die Auswirkungen verringern kann.
Verarbeiten Sie die Driftdaten: Durch das Sammeln von Daten über einen bestimmten Zeitraum und die Mittelung der Driftdaten, der Einfluss der Drift auf die Messergebnisse kann reduziert werden.
